Современная электроника №9/2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2018 Примечание: ИУ – измерительное устройство, УУ – управляющее устройство. Рис. 78. Мультиклеточная архитектура Примечание: ПП – память программ, ПД – память данных, ПБ – процессорный блок. Рис. 79. Архитектура процессора Multiclet R1 где – NET вектор в виде строки, сформи- рованный взвешенными суммами вхо- дов; OUT – выходной вектор; X – вход- ной вектор; W – матрица весовых коэф- фициентов. Существующие электронно-опти- ческие нейронные сети работают со скоростью, ограниченной только доступными электронно-оптически- ми компонентами; время вычислений потенциально располагается в субна- носекундном диапазоне. Система, обеспечивающая сред- ства для выполнения параллельно- го умножения матриц, показана на рисунке 76. Размер матрицы – 6 × 5, при этом на выходе производится пяти- элементный вектор NET . Справа распо- ложен столбец световых источников, лучи которых проходят через цилин- дрические линзы; каждый луч освеща- ет одну строку весовой маски. Таким образом, луч 1 освещает и w 11 w 12 w 15 . При этом в качестве маски может быть использована, например, фото- плёнка или фотодиодная матрица, у которой каждый сектор пропорцио- нален «весу». С левой стороны в слу- чае с фотоплёнкой располагается вто- рая цилиндрическая линза, фокусиру- ющая свет от каждого столбца маски на соответствующий фотодетектор, в результате чего световой поток на фотодетекторе 1 является суммой умножений световых интенсивностей на передаточную функцию столбца 1: где NET j – выход NE -нейрона j (выход фотодетектора j ); w ij – вес связи от ней- рона i к нейрону j (величина, обратно пропорциональная прозрачности весо- вой маски в строке i , столбце j ); X – i -я компонента входного вектора i (выход источника света i ). Таким образом, на выходе из систе- мы получается вектор, равный произ- ведению входного вектора и весовой матрицы. При этом данное матрич- ное умножение выполняется парал- лельно и при использовании совре- менных светоизлучающих диодов и фотодетекторов может быть выпол- нено менее чем за 1 нс. Кроме того, скорость умножения практически не зависит от размерности массива, что позволяет наращивать сети без существенного увеличения времени вычислений. Существует перспективный метод, основанный на использовании жидко- кристаллической плёнки вместо фото- графического негатива. Это позволяет изменять вес электронным способом в течение микросекунд. Э ЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССОРЫ С МУЛЬТИКЛЕТОЧНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ Для решения задач, требующих одновременного их выполнения, был разработан принципиально новый процессор MULTICLET серии R (Reconfiguration), обладающий свой- ством динамической реконфигура- ции с мультиклеточной архитектурой. Данный тип изделия обладает возмож- ностью динамической реконфигура- ции процессора в ходе выполнения алгоритма решения задач, в резуль- тате чего клетки ядра могут одновре- менно заниматься решением разных задач. РоссийскийпроцессорMULTICLETR1 (см. рис. 77) является оригинальным процессором с универсальной не-фон- неймановскойархитектурой (см. рис. 78). Из представленной архитектуры (см. рис. 79) видно, что он имеет 4 про- цессорных ядра, общие регистровый файл и коммутатор, а также совмест- ный доступ к памяти. MULTICLET R1 работает на 100 МГц с числами одинарной точности single (32 бит) и, если упаковать комплекс- ное число single, – точности в 64 бит (действительная и мнимая части по 32 бит). Если произвести умножение двух комплексных чисел за 1 такт, производительность будет равна 6 флоп/такт (( a+bi ) × ( c+bd )+( ad+bc ) × i ), Память Память Многоядерная фон-неймановская архитектура Мультиклеточная архитектура • Оперирует командами • Команды упорядочены • Информационный обмен между командами опосредован через память («бутылочное горлышко») • Оперирует предложениями - замкнутыми группами информационно связанных команд • Команды в предложении не упорядочены • Информационный обмен между командами – прямой, память в этот обмен не вовлекается ИУ ИУ УУ ИУ УУ УУ ИУ УУ Поле регистров ПБ0 ПП0 ПП1 ПП2 ПП3 ПД0 ПБ1 ПД1 ПБ2 ПД2 ПБ3 ПД3 Коммутатор Периферийные устройства